Што азначае Ах на батарэі? Рэйтынг ампер-гадзіны

Я збіўся з ліку таго, колькі разоў кліент тэлефанаваў мне і пытаўся, чаму іх «акумулятарная батарэя 200 Аг» разрадзіцца ўсяго праз 3 гадзіны, калі паводле матэматыкі яна павінна праслужыць 8. Кароткі адказ? Гэтая лічба Ах на этыкетцы не азначае тое, што думае большасць людзей.

Што азначае Ах на батарэі?Гэта азначае ампер-гадзіну-, якая паказвае, колькі электрычнага зарада захоўваецца ў батарэі. Успрымайце гэта як паліўны бак у грузавіку. Бак аб'ёмам 100-галонаў паказвае аб'ём, але не паказвае, як далёка вы праедзеце. Гэта залежыць ад грузу, які вы перавозіце, рэльефу мясцовасці, надвор'я і таго, ці з'яўляецца ваш рухавік паліўным-сіперам або бензінам.

Акумулятары працуюць гэтак жа. Ёмістасць 100 Аг азначае, што батарэя тэарэтычна можа забяспечваць 100 ампер на працягу адной гадзіны, або 10 ампер на працягу дзесяці гадзін, або 1 ампер на працягу ста гадзін. Але «тэарэтычна» ў гэтым сказе выконваецца вялікая праца.

Вось што насамрэч важна для тых, хто купляе акумулятары для камерцыйнага аб'екта, прамысловай сістэмы рэзервовага капіявання або камунальнага праекта: разуменне разрыву паміж тым, што надрукавана ў табліцы дадзеных, і тым, што выяўляецца ў рэальным свеце. Зразумейце памылку, і вы альбо заплаціце за ёмістасць, якую ніколі не будзеце выкарыстоўваць, альбо будзеце марудзіцца, калі ваша сістэма рэзервовага капіявання выйдзе з ладу ў-адключэнні.

Матэматыка простая. Рэальнасць не такая.

Асноўная формула не можа быць прасцей:

Час працы=Ёмістасць акумулятара (Аг) ÷ ток нагрузкі (А)

Ёсць акумулятар на 100 Аг? Вы працуеце з нагрузкай 10 ампер? Гэта 10 гадзін працы. Гатова.

Акрамя... не вельмі. Я ніколі не бачыў, каб акумулятар сапраўды забяспечваў поўную намінальную ёмістасць па-за межамі лабараторыі. Вось чаму гэтая формула развальваецца ў полі:

Праблема хуткасці разраду

Вытворцы акумулятараў правяраюць ёмістасць у пэўных умовах-, як правіла, пры павольнай, мяккай разрадцы на працягу 20 гадзін (так званая хуткасць C/20). Ваш акумулятар ёмістасцю 100 Аг атрымаў такі рэйтынг, спажываючы ўсяго 5 ампер на працягу 20 гадзін запар.

Але ваша рэзервовая сістэма не спажывае 5 ампер. Ён спажывае 50. Ці 100. І калі вы пацягнеце ток так хутка, вы не наблізіцеся да намінальнай магутнасці.

Тэмпературны фактар

Акумулятары ненавідзяць халоднае надвор'е амаль гэтак жа, як і я. Пры марозных тэмпературах вы можаце атрымаць толькі 70-75% намінальнай магутнасці. Пры -20 градусах? Вы глядзіце, можа, палову.

У мяне быў кліент у Мінесоце, які спецыфікаваў рэзервовае капіраванне тэлекамунікацый на адкрытым паветры на аснове летніх характарыстык. Першае пахаладанне, сістэма адмовіла. Дарагі ўрок.

Разрыў у хіміі

Гэта вялікая памылка, і ў ёй я бачу самыя дарагія памылкі.

Свінцова-кіслотная батарэя на 100 Аг і літыевая батарэя на 100 Аг - гэта не адно і тое ж. Нават не блізка. Гэта ўсё роўна, што параўноўваць 100-галонны бак у седане з паўгрузавіком - тая ж колькасць, зусім іншы дыяпазон выкарыстання.

Чаму паказчыкі свінцовай-кіслотнай і літыевай кіслаты нельга параўноўваць непасрэдна

Яшчэ ў канцы 1800-х гадоў нямецкі навуковец Вільгельм Пойкерт высветліў нешта нязручнае: чым хутчэй вы разраджаеце батарэю, тым менш сумарнай энергіі вы атрымліваеце ад яе. Яго матэматыка не дае спакою і сёння.

Вось практычная версія: свінцова{0}}кіслотныя батарэі маюць высокі ўнутраны супраціў. Калі вы выкарыстоўваеце моцны ток, шмат энергіі траціцца марна ў выглядзе цяпла ўнутры батарэі замест харчавання вашага абсталявання. Паказчык Пейкерта колькасна вызначае гэты-свінцовы-акумулятар, які звычайна мае адзнаку ад 1,2 да 1,6, што азначае значную страту ёмістасці пад нагрузкай.

Літыевыя батарэі? Іх паказчык Пейкерта складае ад 1,02 да 1,05. Амаль нязначна. Вы атрымліваеце амаль поўную намінальную магутнасць незалежна ад таго, наколькі моцна вы цягнеце.

Тлумачэнне да дыяграмы: свінцова{0}}кіслотная батарэя ёмістасцю 100 Аг забяспечвае толькі каля 55 Аг пры разрадзе на працягу 2 гадзін замест 20. Літыевая батарэя забяспечвае 98 Аг пры тых жа ўмовах. Той жа лэйбл, вельмі розныя характарыстыкі.

Але гэта становіцца горш для свінцовай-кіслаты. Вы таксама не можаце выкарыстоўваць поўную ёмістасць, не забіваючы батарэю.

Глыбока-разраджайце свінцова-кіслотную батарэю рэгулярна да ўзроўню зарада ніжэй за 50%, і вы рэзка скараціце тэрмін яе службы. Большасць вытворцаў рэкамендуюць заставацца вышэй за 50%-гэта азначае, што ваш акумулятар "100 Аг" сапраўды дае вам 50 Аг карыснай ёмістасці.

Літыевыя батарэі звычайна вытрымліваюць 80-90% глыбіні разраду, некаторыя нават 100%. Ваша літыевая батарэя ёмістасцю 100 Аг забяспечвае 80-90 Аг карыснай ёмістасці.

Дазвольце мне прывесці рэальныя лічбы на гэта:

Той жа рэйтынг Ах. Літыевая батарэя забяспечвае амаль удвая больш карыснай энергіі.

Мы назіраем, як гэта пастаянна праяўляецца ў тэлекамунікацыйных і прамысловых мадэрнізацыях. Нядаўні праект уключаў аддаленую базавую станцыю тэлекамунікацый, якая абапіралася на цяжкую свінцовую-кіслотную банку ёмістасцю 400 Аг. Аператар быў расчараваны, таму што падзенне напружання працягвала выклікаць нізкае{4}}адключэнне напружання пасля ўсяго 3 гадзін рэзервовага сілкавання-шмат менш, чым іх патрэбнае 6 гадзін.

Мы замянілі гэты масіўны блок на стойкавыя модулі LiFePO4 ёмістасцю 200 А·г 48 В-, што тэхнічна складае палову намінальнай ёмістасці. Вынік? Новая сістэма забяспечвала больш за 5 гадзін стабільнай працы, таму што яна не пацярпела ад страт Peukert з-за вялікай нагрузкі сайта. Кліент фактычна атрымаў больш чым на 60 % больш рэальнага-часу выканання ад сістэмы, якая важыла на 60 % менш. Гэта розніца паміжразуменне таго, што Ах азначае на батарэіу тэорыі ў параўнанні з тым, што гэта дае на практыцы.

Што насамрэч азначаюць гэтыя C-рэйтынгі ў спецыфікацыях

Калі вы паглыбіцеся ў тэхнічныя табліцы акумулятара, вы ўбачыце ёмістасць, пералічаную з рознымі "C-стаўкі". Гэта не маркетынгавая лухта-гэта расказвае, як менавіта вытворца праверыў гэту лічбу.

C/20 азначае, што акумулятар быў разраджаны больш за 20 гадзін. C/10 азначае 10 гадзін. C/5 азначае 5 гадзін.

Загвоздка: розныя вытворцы выкарыстоўваюць розныя C-каэфіцыенты для сваіх асноўных характарыстык. Некаторыя бюджэтныя брэнды выпрабоўваюць пры C/100 (100-гадзінны разрад), каб павялічыць колькасць Аг. Гэты акумулятар на 100 Аг пратэставаны пры C/100? Ён можа забяспечваць толькі 70 Аг пры стаўцы C/20, якую выкарыстоўваюць вытворцы прэміум-класа.

Перш чым параўноўваць любыя дзве батарэі, праверце ўзровень C-. Калі яны розныя, параўнанне бессэнсоўна.

Хуткая праверка спраўнасці: калі акумулятар выглядае занадта добра, каб быць праўдай па цане-за-Ah, праверце, які C-тарыф ён выкарыстоўвае. Вы часта выяўляеце, што "выгадны" акумулятар быў пратэставаны ва ўмовах, зусім не падобных на ваша рэальнае прымяненне.

Аг супраць Вт-гадз супраць кВт-гадз: дакладна вымярайце адзінкі

Гэта пастаянна спатыкае людзей. Дазвольце мне гэта высветліць.

Ах (ампер-гадзіны)паказвае ёмістасць зарада,-колькі ток за колькі часу.

Вт·гадз (ват-гадзін)паказвае вам энергетычную ёмістасць-фактычную карысную энергію з улікам напружання.

Пераўтварэнне:Энергія (Вт·гадз)=Ёмістасць (А·г) × Напружанне (В)

Акумулятар 12 В, 100 Аг захоўвае 1200 Вт. Акумулятар 48 В, 100 Аг захоўвае 4800 Вт.

У чатыры разы больш напружання, у чатыры разы большая энергія-, хаця на этыкетцы на абодвух напісана "100 Аг".

Калі вы параўноўваеце цэны ад розных пастаўшчыкоў, заўсёды канвертуйце ў Wh або kWh. Я бачыў, як каманды па закупках выпадкова заказвалі няправільную сістэму, таму што яны параўноўвалі лічбы Ah на розных платформах напружання.

Кароткі даведнік для агульных канфігурацый:

Рэальныя прымянення: адпаведнасць Ah вашым рэальным патрэбам

Хопіць тэорыі. Давайце пагаворым аб тым, якая магутнасць вам патрэбна для звычайнага камерцыйнага і прамысловага прымянення.

Рэзервовае харчаванне для крытычных нагрузак

Працэс вызначэння памераў пачынаецца з аўдыту нагрузкі. Што абавязкова павінна працаваць падчас адключэння і як доўга?

Вось як я праведу кліентаў праз гэта:

Крок 1: пералічыце кожную крытычную нагрузку і яе бягучы расход

Аварыйнае асвятленне: 5А

Сістэмы бяспекі: 3А

Сеткавае/ІТ-абсталяванне: 15А

Элементы кіравання HVAC: 8A

Разам: 31А

Крок 2: Вызначце неабходны час выканання

Тыповае патрабаванне: 4 гадзіны да ўключэння генератара або вяртання сеткі

Крок 3: Разлічыце базавую магутнасць

31A × 4 гадзіны=124Ah мінімум

Крок 4: Ужывайце фактары-рэальнага свету

Пры выкарыстанні свінцовай-кіслаты пры 50% DoD: 124 ÷ 0.50=248Ah

Пры выкарыстанні LiFePO4 пры 80% DoD: 124 ÷ 0.80=155Ah

Дадайце 15% запасу старэння: 285 Аг (свінцова-кіслата) або 178 Аг (літый)

Крок 5: акругліце да даступных памераў

Свінцова-кіслотны: сістэма 300 Аг

LiFePO4: сістэма 200Ah

Тая ж заяўка. Літыевая сістэма меншая, лягчэйшая і часта таннейшая на працягу ўсяго тэрміну службы, нягледзячы на ​​больш высокі першапачатковы кошт.

Пікавае галенне і змяншэнне спажывецкай платы

Зусім іншы разлік. Тут вы вызначаеце памер на аснове ўсплёску попыту, які вам трэба пагаліцца, і працягласці вашага акна пікавага попыту.

Калі ваш аб'ект дасягае піка 500 кВт на працягу 2-гадзіннага акна дня, і вы хочаце скараціць 200 кВт ад гэтага піка:

Неабходная энергія: 200 кВт × 2 гадзіны=400кВт·г

Для сістэмы 400 В: 400 000 Вт·гадз ÷ 400 В=1 000 А·г

Але вам таксама трэба ўлічваць эфектыўнасць інвертара (~95%) і межы глыбіні разраду. Рэальныя-памеры могуць быць 1200-1300 Аг пры 400 В.

Вызначэнне памеру для максімальнага галення патрабуе не толькі простых рэйтынгаў Ah, але і высокай прадукцыйнасці-C-. Нядаўна мы ўсталявалі шафу C&I з вадкасным-астуджэннем магутнасцю 215 кВт·гадз на вытворчым прадпрыемстве, якое сутыкаецца з высокім попытам. Ім трэба было хутка разрадзіцца, каб згладзіць 15-хвілінны ўсплёск магутнасці кожны дзень пасля абеду.

Пры такой інтэнсіўнасці стандартная «энергетычная-элементная» батарэя перагрэлася б або ўпала б напружанне. Вызначыўшы ў сістэме высокапрадукцыйныя-элементы, здольныя забяспечваць устойлівы разрад 1C, мы дапамаглі прадпрыемству знізіць плату за попыт прыкладна на 2800 долараў у месяц. Сістэма акупілася крыху больш чым за 3,5 гады-не таму, што ў яе быў самы высокі рэйтынг Ah на паперы, а таму, што яна сапраўды магла забяспечваць такую ​​магутнасць, калі попыт на сетку дасягнуў піку.

Сонечныя + сістэмы захоўвання

Спалучаючы батарэі з сонечнымі батарэямі, вы ўраўнаважваеце дзве рэчы: назапашваеце дастатковую колькасць дзённай генерацыі для пакрыцця вячэрніх нагрузак і маеце дастатковую ёмістасць для ўстойлівасці ў пахмурны-дзень.

Тыповая камерцыйная сонечная-плюс-сістэма захоўвання можа разлічыць акумулятар на 2-4 гадзіны сярэдняй нагрузкі. Калі ваш аб'ект працуе ў сярэднім 50 кВт у вячэрнія гадзіны, і вы хочаце 3 гадзіны захоўвання:

50 кВт × 3 гадзіны=150кВт·г

Вось дзеВонкавыя шафы Polinovel - рашэнні BESSчаста добра падыходзяць-яны распрацаваны менавіта для камерцыйнай інтэграцыі сонечных батарэй з магутнасцю ад 120 кВт·г да амаль 1 МВт·г у модульных канфігурацыях.

Чырвоныя сцягі пры ацэнцы пастаўшчыкоў батарэй

Пасля многіх гадоў працы ў гэтай галіне я распрацаваў даволі надзейны дэтэктар BS для спецыфікацый батарэі. Вось на што трэба сачыць:

Ёмістасць праверана пры нерэальных C-стаўкіх

Калі лік загалоўка Ah быў правераны на C/100, але ваша заяўка разраджаецца на C/5, гэтая спецыфікацыя для вас бескарысная. Запытайце даныя аб ёмістасці пры фактычнай чаканай хуткасці разраду.

Адсутнічаюць характарыстыкі тэмпературы

Кожны законны вытворца публікуе крывыя зніжэння ёмістасці для тэмпературы. Калі яны даюць вам толькі адну лічбу без кантэксту тэмпературы, яны нешта хаваюць.

Прэтэнзіі да жыцця цыкла без кантэксту Міністэрства абароны

«10 000 цыклаў» гучыць цудоўна, пакуль вы не прачытаеце дробны шрыфт і не выявіце, што гэта на 50% глыбіні разраду. Пры 80% DoD той жа батарэі можа хапіць толькі на 4000 цыклаў. Заўсёды пытайцеся: на якім цыкле Міністэрства абароны?

Няма дадзеных Peukert для свінцовай-кіслаты

Калі вытворца свінцова{0}}кіслотных акумулятараў не паведаміць вам паказчык Пейкерта або не прадаставіць крывыя ёмістасці пры розных хуткасцях разраду, адыдзіце. Яны ведаюць, што іх лічбы выглядаюць дрэнна.

Ацэнкі "Аквівалент Ah".

Некаторыя вытворцы-асабліва ў галіне літыя-выкарыстоўваюць паказчыкі "эквівалент Аг", якія параўноўваюць іх акумулятары са свінцова-кіслотнымі. Акумулятар з надпісам "эквівалент 100 Аг" на самай справе можа мець ёмістасць 50 Аг. Тэхнічна гэта не хлусня, але распрацавана, каб заблытаць вас.

У нашай інжынернай лабараторыі мы строга правяраем кожную партыю клетак перад тым, як яна паступіць у модуль. Мы паслядоўна адмаўляемся ад "выгадных" элементаў, якія прэтэндуюць на высокія рэйтынгі Ah, але выходзяць з ладу пад нагрузкай. Напрыклад, нядаўна мы праверылі ўзор ячэйкі ад знешняга пастаўшчыка, якая добра працавала пры току 1 ампер (C/100), але знізілася да 65 Аг пры току 50 ампер (0,5 C)-, што з'яўляецца тыповай нагрузкай для прамысловага абсталявання.

Вось чаму наша палітыка ў галіне даных строгая: мы ацэньваем нашукамерцыйныя магутнасці BESSна аснове рэалістычных працоўных токаў, а не кропельных разрадаў. Калі пастаўшчык не паказвае вам крывую разраду пры 0,5C або 1C, ён хавае сапраўдную прадукцыйнасць сваёй батарэі.

Памер для сеткі-Маштаб і кантэйнерны BESS

Для камунальных-праектаў мы больш не гаворым аб індывідуальных паказчыках Аг-мы гаворым аб сукупнай магутнасці МВт·гадз, створанай з тысяч ячэек.

Алеразуменне таго, што Ах азначае на батарэіна ўзроўні ячэйкі ўсё яшчэ мае значэнне, таму што гэта дапамагае вам ацаніць дызайн сістэмы і выявіць памылкі спецыфікацыі.

Вось як працуе матэматыка для тыповай кантэйнернай сістэмы:

Распаўсюджаным фарматам ячэйкі з'яўляецца прызматычная ячэйка LiFePO4 на 280 Аг з наміналам 3,2 В.

Энергія на элемент: 280 Аг × 3,2 В=896Вт·г ≈ 0,9 кВт·г

Для ёмістасці ёмістасцю 5 МВт·гадз: 5000 кВт·гадз ÷ 0,9 кВт·гадз=патрабуецца ~5556 элементаў

Гэтыя ячэйкі размешчаны паслядоўна (для павышэння напружання) і паралельнымі радкамі (для павышэння магутнасці). Тыповая канфігурацыя можа быць:

16 клетак у серыі=51.2V модуль

Некалькі модуляў у серыі=400-800V-стойка

Некалькі стэлажоў паралельна=мэтавая магутнасць у МВт·г

Пры ацэнцы кантэйнерных катыровак BESS праверце:

Ячэйка-ўзровень Ah рэйтынг і вытворца

Паслядоўная/паралельная канфігурацыя

Агульная разлічаная энергія адпавядае заяўленай магутнасці

ККД -туды і назад (звычайна 85-92%)

Дапаможнае энергаспажыванне (астуджэнне, BMS), якое зніжае карысную чыстую ёмістасць

Кантэйнерныя сістэмы BESS кампаніі Polinovelу дыяпазоне ад 3,85 МВт·гадз да 5 МВт·гадз+ на кантэйнер, з выкарыстаннем элементаў LiFePO4 спецыяльна для іх найвышэйшага тэрміну службы і цеплавой стабільнасці ў -устаноўках з высокай шчыльнасцю.

Вынік акумулятара ў Аг

глядзі,што азначае Ах на батарэітэарэтычна гэта не складана. Гэта мера ёмістасці зарада. Памножце на напружанне, каб атрымаць энергію. Падзяліце на ток нагрузкі, каб ацаніць час працы.

Складанасць узнікае з-за ўсіх-фактараў рэальнага свету, якія падрываюць гэтую тэарэтычную здольнасць: эфекты хуткасці разраду, зніжэнне тэмпературы, глыбіня-межаў-разраду і хімічныя адрозненні.

Кліенты, з якімі я працую, пазбягаюць дарагіх памылак, - гэта тыя, хто:

Заўсёды пераўтварайце ў карысныя кВт-гадз, а не ў таблічку А-г

Праверце хуткасць C-, якая выкарыстоўваецца для тэставання ёмістасці

Ужывайце паніжэнне тэмпературы і старэння для іх канкрэтнага асяроддзя

Памер для рэальных пераваг літыя, а не разглядаць усе Ah як роўныя

Запытвайце ў пастаўшчыкоў даныя ў іх рэальных умовах працы, а не ў лабараторных умовах

Зрабіце гэтыя пяць рэчаў, і вы атрымаеце спецыфікацыі сістэм, якія сапраўды працуюць, як чакалася.

Часта задаюць пытанні

Спасылкі

Peukert, W. (1897). "Über die Abhängigkeit der Kapazität von der Entladestromstärke bei Bleiakkumulatoren." Elektrotechnische Zeitschrift.

Батарэйны ўніверсітэт. "BU-503: Як разлічыць час працы ад батарэі". batteryuniversity.com

IEEE 1188-2005. "Рэкамендуемая IEEE практыка тэхнічнага абслугоўвання, тэсціравання і замены акумулятараў VRLA для стацыянарнага прымянення".

IEC 61427-1:2013. "Другасныя элементы і батарэі для захоўвання аднаўляльнай энергіі - агульныя патрабаванні і метады выпрабаванняў".